磁共振成像系統(tǒng)軟硬件故障維修兩例

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程科，黑龍江 哈爾濱 150000

引言

醫(yī)用磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）系統(tǒng)作為先進(jìn)的大型醫(yī)療診斷設(shè)備，已廣泛應(yīng)用于大、中型醫(yī)院[1]。而且，MRI系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷，例如肌肉骨骼肌疾病[2]、腎臟疾病[3]等。MRI系統(tǒng)的組成主要由兩部分組成——硬件和軟件，任何一個(gè)組成部分出現(xiàn)故障，均會(huì)對(duì)整體系統(tǒng)構(gòu)成嚴(yán)重威脅，造成設(shè)備宕機(jī)[4]。本文分別列舉了MRI硬件和軟件的典型故障，并提出故障維修方法。

1 MRI冷卻系統(tǒng)工作原理

MRI與DR和CT不同，它的最大優(yōu)點(diǎn)是患者不必暴露于電離輻射中，MRI是通過(guò)使用非常強(qiáng)的磁場(chǎng)和無(wú)線電波，這些磁場(chǎng)和無(wú)線電波與組織中的質(zhì)子相互作用，產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)處理，形成人體圖像[5]。在這一過(guò)程中強(qiáng)大的磁場(chǎng)是由超導(dǎo)型磁體在超導(dǎo)環(huán)境中為超導(dǎo)線圈通電流產(chǎn)生的[6]。在理想狀態(tài)下，磁場(chǎng)一旦建立，只要維持超導(dǎo)線圈的超低溫環(huán)境，強(qiáng)磁場(chǎng)就長(zhǎng)期存在了。因此，超低溫環(huán)境的營(yíng)造至關(guān)重要，維持超導(dǎo)磁體超導(dǎo)狀態(tài)所用的制冷劑是液氦[7]。在MRI系統(tǒng)中，一個(gè)良好的、穩(wěn)定的冷卻系統(tǒng)，不僅是超導(dǎo)環(huán)境存在的重要保證，也可以大大降低液氦的揮發(fā)，降低設(shè)備的運(yùn)行成本[8]。

MRI冷卻系統(tǒng)主要由水冷機(jī)組、氦氣壓縮機(jī)和磁體冷頭組成，水冷機(jī)組可以產(chǎn)生冷水，幫助氦氣壓縮機(jī)冷卻磁體冷頭。水冷機(jī)組的工作原理圖，見(jiàn)圖1。

圖1 水冷機(jī)組工作原理圖

由圖1可知，水冷機(jī)組即為一個(gè)制冷循環(huán)。30℃的水流入水冷機(jī)組，經(jīng)過(guò)降溫，8℃的水進(jìn)入氦氣壓縮機(jī)，幫助壓縮機(jī)進(jìn)行磁體冷頭的冷卻，通過(guò)熱交換以后，水的溫度達(dá)到30℃以上，將再次流入水冷機(jī)組進(jìn)行冷卻[9-10]。

此MRI系統(tǒng)采用F-70型號(hào)氦氣壓縮機(jī)（美國(guó)住友低溫技術(shù)有限公司），氦氣壓縮機(jī)的運(yùn)行原理，見(jiàn)圖2。

壓縮機(jī)不斷地從氦氣return回路中吸取低壓氦氣，對(duì)氦氣進(jìn)行壓縮、制冷、清潔，然后將氦氣輸送系統(tǒng)supply回路中供給冷頭。當(dāng)氦氣離開(kāi)壓縮艙時(shí)，必須將氣體所含有熱量和壓縮機(jī)潤(rùn)滑油去掉。因此，熱氣體及其夾帶的潤(rùn)滑油從壓縮艙流出后，要先通過(guò)散裝油分離器，再流經(jīng)三回路中的一個(gè)回路——水冷機(jī)組，并再此處進(jìn)行冷卻。最終，氣體通過(guò)油分離器和吸附器來(lái)去除油和水分。油從氣體中分離有三個(gè)階段：第一階段通過(guò)重力，此階段進(jìn)行水，油，氣的初分；第二階段通過(guò)油分離器，油分離器可以有效的將氣體中的油霧分離并收集起來(lái)；第三階段即吸附器吸附，此階段可以將氣體中殘留的油霧徹底清除。至此，從冷頭返回的低壓、高溫、污染的氦氣已轉(zhuǎn)化為高壓、低溫、純凈的氦氣。

圖2 氦氣壓縮機(jī)工作原理圖

高壓氦氣從吸附器通過(guò)氣體管道流到冷頭，通過(guò)系統(tǒng)氣體回流管，低壓氣體從冷頭上流入壓縮機(jī)。一條包含內(nèi)部安全閥的氣體管線將高壓管線連接到低壓管線。當(dāng)系統(tǒng)氣體管路沒(méi)有連接到壓縮機(jī)時(shí)，安全閥將打開(kāi)，以防止電機(jī)過(guò)載。

油分離器收集到的油通過(guò)毛細(xì)管和孔流回壓縮倉(cāng)。整個(gè)系統(tǒng)的氣體壓差是一個(gè)移動(dòng)的力，限制的大小限制了氣體通過(guò)的數(shù)量。吸附器中收集到的少量油仍然存在，只有通過(guò)更換吸附器才能去除。在返回到壓縮艙之前，在散油分離器中分離出的油通過(guò)熱交換器進(jìn)行冷卻。然后將其注入到壓縮艙的低壓側(cè)，以吸附熱量并潤(rùn)滑壓縮艙。

2 故障實(shí)例

2.1 硬件故障

2.1.1 故障現(xiàn)象

連續(xù)幾天，開(kāi)機(jī)時(shí)壓縮機(jī)停止工作，并報(bào)錯(cuò)“water flow err”和“Helium temp err”，重新開(kāi)啟壓縮機(jī)后，報(bào)錯(cuò)消失，設(shè)備可以正常工作，第二天故障依舊。

2.1.2 故障分析與解決

當(dāng)故障發(fā)生后，首先考慮是制冷不夠，檢查水冷機(jī)，發(fā)現(xiàn)水冷機(jī)正在工作，循環(huán)水流未中斷。考慮到如果水冷機(jī)內(nèi)各個(gè)水路水流流量過(guò)小，也可能造成水流不能有效降溫，溫度長(zhǎng)時(shí)間處于較高狀態(tài)，于是對(duì)各路水流進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)水路流量及壓力均在正常范圍內(nèi)，符合廠家標(biāo)準(zhǔn)（冷水柜內(nèi)有明確標(biāo)準(zhǔn)范圍提示），排除水路水流問(wèn)題引起此故障發(fā)生的可能性。

故障現(xiàn)象表現(xiàn)為壓縮機(jī)停止工作，這一現(xiàn)象的發(fā)生必然會(huì)導(dǎo)致磁體溫度與壓力升高，查看設(shè)備工作日志，發(fā)現(xiàn)從23:31開(kāi)始設(shè)備磁體的溫度逐漸升高，基本可以確定設(shè)備故障的發(fā)生是在此刻開(kāi)始的。第二天發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)已經(jīng)停止工作，水冷機(jī)也處于斷電狀態(tài)，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，水冷機(jī)的三項(xiàng)電壓均為418 V，說(shuō)明設(shè)備供電系統(tǒng)正常。嘗試重新開(kāi)啟水冷機(jī)，相序保護(hù)繼電器指示燈閃爍一下，啟動(dòng)失敗，相序保護(hù)器實(shí)物圖，見(jiàn)圖3。

為了避免磁共振系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)，將水冷機(jī)的分水盤(pán)換成自來(lái)水循環(huán)，并且對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行了重啟，設(shè)備恢復(fù)正常。根據(jù)操作人員的反饋，每天開(kāi)機(jī)后，重啟水冷機(jī)是正常工作的，持續(xù)觀察水冷機(jī)是否會(huì)自動(dòng)重啟，幾小時(shí)后，水冷機(jī)自動(dòng)供電，并恢復(fù)正常工作。將自來(lái)水循環(huán)切換成內(nèi)部循環(huán)，重新啟動(dòng)設(shè)備，設(shè)備恢復(fù)正常工作。

由以上分析可知，磁共振壓縮機(jī)停機(jī)的原因是水冷機(jī)自動(dòng)停止工作造成的。使用時(shí)開(kāi)啟水冷機(jī)，由于壓縮機(jī)的自動(dòng)保護(hù)機(jī)制，在水流恢復(fù)后，壓縮機(jī)不會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟，導(dǎo)致了每天故障現(xiàn)象的發(fā)生。而造成水冷機(jī)自動(dòng)停機(jī)的可能性很多，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)可知，最大的可能性是相序保護(hù)器發(fā)生故障造成的。更換新的相序保護(hù)器，當(dāng)晚水冷機(jī)并未停機(jī)，早晨設(shè)備開(kāi)機(jī)后未出現(xiàn)報(bào)警，觀察幾天后，未再次發(fā)生壓縮機(jī)停機(jī)現(xiàn)象，故障解決。

經(jīng)過(guò)逐步分析發(fā)現(xiàn)，夜間水冷機(jī)自動(dòng)停止又自動(dòng)開(kāi)啟是造成次日壓縮機(jī)停機(jī)的原因，而水冷機(jī)本身白天是正常的，設(shè)備白天的工作電壓是403 V，晚上大部分設(shè)備停機(jī)后供電電壓達(dá)到417 V，晚上電壓比白天稍高，晚上水冷機(jī)停機(jī)極大可能是因?yàn)榕f的相序保護(hù)器在電壓稍高時(shí)不能正常工作[11]，所以在更換新的相序保護(hù)器后故障不會(huì)再發(fā)生。

2.2 軟件故障

2.2.1 故障現(xiàn)象

系統(tǒng)無(wú)法Ready，并且報(bào)“RM download failed”錯(cuò)誤。

2.2.2 故障分析與解決

當(dāng)故障發(fā)生以后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)Ping mr00通訊失敗，Rm board和HUB的物理連接正常（HUB正常），同時(shí)，MRI系統(tǒng)主機(jī)和PCVAP、engine通訊均正常。同時(shí)磁共振系統(tǒng)反應(yīng)速度明顯不對(duì)，非常卡頓，不排除有系統(tǒng)中毒的可能性。

考慮到近期PACS系統(tǒng)維護(hù)升級(jí)，并且在連接PACS系統(tǒng)后核磁主機(jī)和核磁室報(bào)告工作站相繼出現(xiàn)藍(lán)屏問(wèn)題，經(jīng)咨詢(xún)PACS系統(tǒng)工程師，告知PACS服務(wù)器可能存在病毒，正在處理病毒。初步判斷是系統(tǒng)中毒，務(wù)必首先斷開(kāi)核磁主機(jī)和醫(yī)院通訊的網(wǎng)線，由于該系統(tǒng)版本過(guò)低，無(wú)法安裝相關(guān)補(bǔ)丁。

只能通過(guò)修改注冊(cè)表，封堵445端口，已經(jīng)封堵完成的截圖，見(jiàn)圖4。445端口封堵以后，重新啟動(dòng)MRI系統(tǒng)，故障現(xiàn)象依舊，主機(jī)卡頓和RM仍通訊異常。進(jìn)入root用戶(hù)，安裝殺毒軟件進(jìn)行病毒查殺，殺毒軟件沒(méi)有查殺出任何病毒，同時(shí)在服務(wù)器上也沒(méi)有查殺出任何病毒，因此猜測(cè)這是一個(gè)隱藏很深的病毒。

圖3 相序保護(hù)器實(shí)物圖

圖4 445端口已封堵

由于封堵445端口、病毒查殺均無(wú)效，并且根據(jù)故障現(xiàn)象推測(cè)是windows系統(tǒng)存在問(wèn)題，windows系統(tǒng)如果存在異常，則初始化安裝時(shí)無(wú)法奏效的。因此，只能?chē)L試使用Acronis軟件來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)盤(pán)的還原，鑒于在核磁主機(jī)的D盤(pán)有一份Acronis的備份，所以將使用該備份進(jìn)行系統(tǒng)還原。

首先將PAS進(jìn)行了備份，接著按照軟件手冊(cè)的方法對(duì)系統(tǒng)參數(shù)、license進(jìn)行備份，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)可知，系統(tǒng)參數(shù)的備份不包含核磁主機(jī)對(duì)外通訊的網(wǎng)口的IP信息，最好在還原系統(tǒng)前將該IP拍照留存，這樣便于節(jié)約向信息科索要相關(guān)IP信息的時(shí)間。

使用U盤(pán)去引導(dǎo)Acronis，進(jìn)入BIOS，修改啟動(dòng)項(xiàng)，首先選擇“BOOT”選項(xiàng)卡，接著選擇“Boot Device priority”進(jìn)入啟動(dòng)項(xiàng)列表，選中自己的U盤(pán)，按“shift和+”去修改啟動(dòng)順序，將U盤(pán)更改為第一啟動(dòng)項(xiàng)。使用Acronis成功還原系統(tǒng)，見(jiàn)圖5。

圖5 系統(tǒng)還原過(guò)程圖

重新啟動(dòng)MRI系統(tǒng)，進(jìn)入root，按照軟件手冊(cè)的方法還原系統(tǒng)參數(shù)和License。再次重啟系統(tǒng)，由于核磁主機(jī)Study number與enginePC不相同，重啟過(guò)程中系統(tǒng)提示Study number的錯(cuò)誤，并且會(huì)提示系統(tǒng)發(fā)生錯(cuò)誤建議關(guān)機(jī)，選擇Cancel。系統(tǒng)啟動(dòng)后先打開(kāi)“csh.exe”窗口，運(yùn)行“pdbhedit”命令去同步Study number，待pdbhedit執(zhí)行完成后再輸入“pdbck”，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢查Database中的錯(cuò)誤。以上兩個(gè)命令輸入完成后，系統(tǒng)正常Ready。還原完成后，主機(jī)和RM的通訊恢復(fù)正常。

按照之前留存的IP地址信息，手動(dòng)恢復(fù)設(shè)備對(duì)外的IP地址信息。封堵445端口，再次使用Acronis備份系統(tǒng)，在設(shè)備D盤(pán)留存一份。經(jīng)PACS系統(tǒng)工程師確認(rèn)病毒也已經(jīng)清除，恢復(fù)核磁主機(jī)的對(duì)外連接，確認(rèn)主機(jī)和相機(jī)、PACS通訊正常。

3 總結(jié)

在MRI系統(tǒng)中，氦氣壓縮機(jī)與冷頭一起配合工作為磁體降溫，是保證液氦液位保持穩(wěn)定的先決條件[12]，熟悉了解壓縮機(jī)的工作原理及故障報(bào)錯(cuò)誤信息十分必要。磁共振設(shè)備內(nèi)部任何微小元器件的損壞都有可能導(dǎo)致設(shè)備的宕機(jī)[13]，設(shè)備使用者和醫(yī)院工程師應(yīng)該隨時(shí)觀察設(shè)備的運(yùn)行情況，注意各配件的使用壽命。

MRI設(shè)備的維護(hù)不同于一般小型醫(yī)療設(shè)備，它嚴(yán)格要求定期檢查和保養(yǎng)，同時(shí)必須堅(jiān)持做好每日運(yùn)行記錄，才能保證制冷系統(tǒng)與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)發(fā)生故障后能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理[14-15]。在平時(shí)的日常維護(hù)中，應(yīng)做好總結(jié)工作。

大部分的工程師對(duì)設(shè)備的維修集中在硬件維修中，但隨著醫(yī)院信息化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，由于軟件問(wèn)題引發(fā)的故障也越來(lái)越多，一般當(dāng)設(shè)備發(fā)生軟件故障時(shí)，工程師需及時(shí)聯(lián)系信息科等相關(guān)部門(mén)配合解決，不要延誤整個(gè)維修進(jìn)程。醫(yī)院臨床工程師也應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，加強(qiáng)學(xué)習(xí)，對(duì)設(shè)備軟件故障熟悉并準(zhǔn)確定位，不僅做到自己會(huì)解決，還應(yīng)該做到用更優(yōu)的方式解決。在對(duì)大型醫(yī)療設(shè)備的硬件進(jìn)行定期維護(hù)的同時(shí)，注意軟件的及時(shí)更新，降低大型醫(yī)療設(shè)備故障發(fā)生率，延長(zhǎng)其使用壽命，為醫(yī)院節(jié)約成本，為患者提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。